2025年陕西省科学技术奖受理项目公示

学科专业评审组：	机械组
项目名称：	三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用
提名单位：	陕西省教育厅
提名等级：	三等奖
提名单位意见：	该项目系统地研究了三维编织与2.5D编织复合材料单胞模型、复合材料齿轮间接触、摩擦机理分析及应用技术，构建了三维编织与2.5D编织复合材料单胞参数化模型及设计系统，揭示了编织参数对复合材料力学特性影响机理，提出了复合材料构件间接触、磨损及形态重构方法，有效抑制了构件间接触、碰撞、摩擦等对机械系统动态特性输出精度、可靠性及寿命的影响，为提高机电副翼执行系统动态输出精度等提供理论基础和技术支撑。研究理论及技术成果先后应用于民用航空、航天及其他机械装备领域、多个科研院所和企事业单位，取得显著效益。本单位认真审阅了该项目的提名材料和完成人资格，确提名材料真实有效。
项目简介：
客观评价：
应用情况和效益：
主要知识产权和标准规范等目录：
主要完成人：	姓名：王旭鹏排名：1 行政职务：副院长技术职称：教授工作单位：西安理工大学对本项目技术创造性贡献：项目主要完成人，负责项目整体研究方案的创新构想与实施。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（1）、（3）、（4）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：建立了三维编织复合材料单胞参数化模型及设计系统；提出了复合材料构件间接触、摩擦及形态重构方法，完成了复合材料构件间(轴和轴承/轴套)在摩擦影响下的表面形态重构；获得了复合材料在抑制机械系统对机械系统动态输出振荡的抑制规律，将编织复合材料应用在减速器、机电副翼舵机执行等。【旁证材料：1.基金项目2项，FJ13-FJ14；2.论文3项，FJ3、FJ19、FJ21；3.专利2项，FJ24、FJ25；4.奖项3项，FJ16-18】曾获国家科技奖励情况：① 2022年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,执行机构铰间碰撞特性分析及应用研究,【排名:1/11】 ② 2023年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究,【排名:1/11】 ③ 2019年,中国航空工业集团有限公司科学技术奖,二等奖,一种导弹弹射装置,【排名:1/1】,2019022F-R01 姓名：佟瑞庭排名：2 行政职务：无技术职称：教授工作单位：西北工业大学对本项目技术创造性贡献：项目主要完成人，参与项目总体方案制定，对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（1）、（2）项做出贡献，主要研究内容包括：建立三维五向矩形单胞、圆形横向编织单胞、2.5D编织单胞结构参数化模型，三维编织复合材料细观结构参数化设计系统开发；分析三维五向圆形横向编织纱线运动规律，通过纱线节点位置坐标变换，获得单胞模型中纱线与局部极坐标系之间的角度计算公式，推导三维五向环形编织复合材料力学性能数值预测模型。【旁证材料：1.基金项目2项，FJ11-FJ12；2.论文5项，FJ1、FJ2、FJ19、FJ20、FJ22；3.专利1项，FJ23；4.奖项2项，FJ15、FJ17】曾获国家科技奖励情况：① 2022年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,一等奖,行星滚柱丝杠传动啮合原理与承载分析方法研究,【排名:4/7】 ② 2023年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究,【排名:3/11】姓名：万琦排名：3 行政职务：无技术职称：讲师工作单位：西安理工大学对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人，负责项目整体研究方案的创新构想与实施。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（2）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：充分考虑了单胞内径、单胞外径、径向纱线数、轴纱线数、单胞层高、花节长度、填充系数、编织纱横截面积和轴纱横截面积等参数，可定量分析不同编织参数对复合材料力学性能的影响。将所推导的数值预测模型和实验结果对比发现，预测模型误差较小，利用本模型可充分研究单胞内径、单胞层高和花节长度等编织参数对复合材料力学性能的影响。【旁证材料：1.论文3项，FJ2、FJ20、FJ22；2.专利1项，FJ23；3.奖项1项，FJ17】曾获国家科技奖励情况：① 2023年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究,【排名:5/11】姓名：张卫亮排名：4 行政职务：无技术职称：讲师工作单位：宝鸡文理学院对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人，负责项目整体研究方案的创新构想与实施。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（2）、（3）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：在推导了三维五向环形编织复合材料力学性能数值预测模型；利用刚度体积平均法得到矩形编织了典型编织角度复合材料的弹性常数，根据预测结果给出了编织角对材料拉伸模量和剪切模量的影响规律。此外，考虑了编织复合材料的编织角、纤维束截面形状的基础上，提出一种编织复合材料齿轮的参数化设计方法，采用均质化思想建立了复合材料齿轮模型。【旁证材料：1.论文2项，FJ3、FJ21；2.奖项1项，FJ17】曾获国家科技奖励情况：① 2023年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究,【排名:6/11】姓名：杜永峰排名：5 行政职务：无技术职称：正高级工程师工作单位：庆安集团有限公司对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人，负责项目整体研究方案的创新构想与实施。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（3）、（4）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：研究了材料纹理压痕深度、织构形状、织构间距和针尖半径对平均摩擦力和磨合阶段的影响。此外，考虑复合材料屈服强度和初始碰撞速度的基础上，建立了一种变恢复系数模型和接触碰撞力模型，通过数值模拟和实验测试结果对比，研究复合材料对于对机械系统动态输出振荡的抑制规律。【旁证材料：1.基金项目1项，FJ14；2.奖项2项，FJ16-FJ17】曾获国家科技奖励情况：① 2022年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,执行机构铰间碰撞特性分析及应用研究,【排名:5/11】 ② 2023年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究,【排名:9/11】姓名：唐欣尧排名：6 行政职务：无技术职称：讲师工作单位：西安理工大学对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人，参与项目总体计划制定，对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（1）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：深入分析纱线运动规律后，结合单胞区域的划分方式，给出三维五向编织复合材料内胞、面胞和角胞三单胞的纱线拓扑模型，以浅交弯联结构为研究对象，详细研究了材料内部的纱线轨迹、纱线截面等的变化，将其应用于齿轮进行力学性能分析。【旁证材料：1.基金项目1项，FJ14；1.论文2项，FJ3、FJ21；2.奖项2项，FJ16-FJ17】曾获国家科技奖励情况：① 2022年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,执行机构铰间碰撞特性分析及应用研究,【排名:9/11】 ② 2023年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究,【排名:10/11】姓名：陈文会排名：7 行政职务：无技术职称：无工作单位：西安理工大学对本项目技术创造性贡献：项目主要参与人，负责项目整体研究方案的创新构想与实施。对推荐书“本研究的发现点、发明点和创新点”中的（1）项做出了创造性贡献，主要研究内容包括：以三维五向编织复合材料为例，采用二次开发技术和编程语言实现复合材料单胞几何模型的参数化建模，完成了三维五向编织复合材料参数化设计系统的开发，系统化地构建了编织工艺参数与复合材料结构的联系。【旁证材料：1.基金项目1项，FJ14；2.专利1项，FJ24；3.奖项2项，FJ16-FJ17】曾获国家科技奖励情况：① 2022年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,执行机构铰间碰撞特性分析及应用研究,【排名:10/11】 ② 2023年,陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖,二等奖,三维编织复合材料参数化设计、性能分析及其应用研究,【排名:11/11】
主要完成单位及创新推广贡献：	单位名称：西安理工大学单位贡献：作为项目的承办单位，项目组成员工作包括：（1）建立了三维编织复合材料单胞参数化模型及设计系统：①三维五向矩形单胞结构参数化模型，深入分析纱线运动规律后，结合单胞区域的划分方式，给出三维五向编织复合材料内胞、面胞和角胞三单胞的纱线拓扑模型；②2.5D编织单胞结构参数化模型，以浅交弯联结构为研究对象，详细研究了材料内部的纱线轨迹、纱线截面等的变化，建立细观单胞模型来模拟其内部结构；③三维五向圆形横向编织单胞结构参数化模型，采用三维五向圆形横向内部单胞，可以进一步细分为四种运动规律不同的A、B、C和D四个子区域，子区域沿着径向编织方向，向外不断周期性延伸；④三维编织复合材料细观结构参数化设计系统开发。（2）提出了复合材料构件间接触、磨损及形态重构方法：①建立编织复合材料齿轮的参数化模型；②分析复合材料齿轮啮合过程中接触应力与弯曲应力的分布情况；③提出了形状参数的广义 Bernstein 基函数，引入函数曲线形态重构方法。（3）建立了复合材料机电副翼驱动系统闭环耦合模型，分析了关节间隙对机电副翼作动系统动态响应的影响，通过试验验证了闭环耦合模型的有效性，采用非线性接触力模型和修正的库仑摩擦模型，研究了间隙大小对机电副翼作动系统动力学行为的影响。数值和实验结果表明，新的闭环耦合模型同时考虑了含间隙连杆机构的电动舵机控制性能和动力学特性，是预测含间隙机电副翼驱动动态特性的有效模型。单位名称：西北工业大学单位贡献：作为项目的合作单位，项目组成员工作包括：在航空航天领域的执行机构上，研究了材料纹理压痕深度、织构形状、织构间距和针尖半径对平均摩擦力和磨合阶段的影响。此外，考虑复合材料屈服强度和初始碰撞速度的基础上，建立了一种变恢复系数模型和接触碰撞力模型，并通过数值模拟和实验测试结果对比，获得了复合材料对机械系统动态输出振荡的抑制规律；根据两级齿轮传动系统箱体模型的结构特点，将三维五向箱体编织的模型整体分为：编织底座和箱体壁两部分。忽略传动系统中摩擦、轴承等因素的影响，建立考虑箱体两级齿轮传动系统的动力学方程。利用拉格朗日方程考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、啮合误差等因素建立两级齿传动系统的运动微分方程，采用四阶龙格-库塔方法对系统微分方程进行数值分析研究激励基频、输入信号波动频率和时变刚度基频，对编织复合材料齿轮动态特性的影响。单位名称：宝鸡文理学院单位贡献：作为项目的合作单位，项目组成员工作包括：分析复合材料齿轮啮合过程中接触应力与弯曲应力的分布情况对于预防齿轮疲劳失效的影响；基于赫兹接触理论，通过有限元分析软件对其进行接触、弯曲等力学性能分析，同时计算了脉动加载下齿轮的最大弯曲应力，并与试验进行了对比，验证了材料力学性能分析的正确性，为三维编制复合材料的应用提供参考。提取单齿从啮入到啮出一个周期内的接触应力数据，绘制100Nm转矩下轮齿啮合最大接触应力变化曲线。得出齿轮啮合呈现出双齿啮合和单齿啮合两阶段交替的周期性，且在双齿啮合和单齿啮合的交替时刻，存在齿顶与齿根之间的边缘接触区域，该区域产生了应力集中现象。在不考虑边缘接触产生的应力集中的情况下，单齿啮合阶段的接触应力明显高于双持啮合阶段，因此应该重点关注单齿啮合阶段的接触应力情况。单位名称：庆安集团有限公司单位贡献：采用非线性接触力模型和修正的库仑摩擦模型，研究了间隙大小对系统动力学行为的影响。数值和研究结果表明，新的闭环耦合模型同时考虑了含间隙连杆机构的性能和动力学特性，是预测含间隙动态特性的有效模型，为含间隙机电耦合多体系统的动态特性分析提供了一种实用方法。在航空航天领域的执行机构上，研究了材料纹理压痕深度、织构形状、织构间距和针尖半径对平均摩擦力和磨合阶段的影响。此外，考虑复合材料屈服强度和初始碰撞速度的基础上，建立了一种变恢复系数模型和接触力碰撞模型，并通过数值模拟和实验测试结果对比，获得了复合材料对机械系统动态输出振荡的抑制规律。
完成人合作关系说明：	完成人合作关系说明：1

陕西省科技厅成果处